DE7710296U1 - Optische anordnung, insbesondere fuer kohaerente strahlung (laser) - Google Patents

Description

AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 77 P 6 5 7 5 BRD

Optische Anordnung, insbesondere ftir kohärente Strahlung (Laser)

Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung, insbesondere für kohärente Strahlung (Laser), mit zwei einander gegenüberstehendes parallelen Spiegeln und einer Aufnahmeeinrichtung.

In derartigen optischen Anordnungen, z.B./einer optischen Bank oder in Anordnungen zur Erzeugung oder zur Verstärkung kohärenter Strahlung (Laser), werden oft zueinander parallele Spiegel verwendet, die auch bei mechanischen und/oder thermischen Umwelteinflüssen ihre planparallele Lage beibehalten müssen. Diese Forderung tritt insbesondere bei Lasern mit einem optischen Resonator auf, dessen stimulierbares Medium zwischen zwei einander C gegenüberstehenden, parallelen Reflektoren in einer Aufnahmeeinrichtung angeordnet ist. Bei einer solchen optischen Anordnung ist es zur Erzielung eines optimalen Wirkungsgrades des Lasers erforderlich, daß die einjustierten optischen Elemente des Laserresonators ihre zueinander planparallele Lage nicht verändern. Da bei Lasern die auftretende hohe Verlustwärme mittels Kühlung abgeführt werden muß, sind TemperaturSchwankungen innerhalb des Laseraufbaus meistens unvermeidlich. Derartige Temperaturschwankungen können jedoch Veränderungen an dem Resonator hervorrufen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer optischen Anordnung der eingangs genannten Art eine temperaturunabhängige Halterung der Spiegel zu schaffen, so daß eine planpa-

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rallele Einstellung der Spiegel zueinander auch bei Temperaturschwankungen innerhalb der Anordnung erhalten bleibt.

D£6se Aufgabe wird bei einer optischen Anordnung der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der eine Spiegel an einer mit der Aufnahmeeinrichtung fest verbundenen Basis und der zweite Spiegel an einem zu der Aufnahmeeinrichtung relativ bewegbaren Element gehalten ist und daß dieses Element mit der den ersten Spiegel tragenden Basis mittelbar verbunden ist.

Bei einer derartigen Anordnung ergibt sich bei den zu erwartenden, insbesondere thermisch bedingten Veränderungen der Aufnahmeeinrichtung infolge der vorteilhaften geometrischen Anordnung die Funktion eines Parallelogramms, indem das den zweiten Spiegel tragende, zu der Aufnahmeeinrichtung bewegbare Element infolge .Vor mittelbaren Verbindung zu der mit der Aufnahmeeinrichtung fest verbundenen, den ersten Spiegel tragenden Basis die Veränderungen dieser Basis zwangsläufig mitvollzieht· Auf diese Weise bleibt bei Veränderungen der Aufnahmeeinrichtung stets die planparallele Einstellung der beiden Spiegel zueinander erhalten.

Zweckmäßigerweise besteht bei einer Anordnung nach der Erfindung die Aufnahmeeinrichtung aus einem Gehäuse mit mindestens zwei ( 25 miteinander verbundenen parallelen Gehäusewänden. Ein besonders e:Lnfacher Aufbau läßt sich hierbei verwirklichen, wenn die Aufnahmeeinrichtung als Träger für alle Funktionselemente ausgebildet ist. Als Funktionselemente sind hierbei z.B. bei einem Laser der optische Resonator sowie die zur Halterung der Reflektoren verwendeten Mittel zu verstehen. Babel ist es vorteilhaft, wenn dile den ersten Spiegel aufnehmende und als Bezugsfläche für das bewegbare Element dienende Basis von' einer Gehäusewand gebildet ist.

Die Mittel zur Verbindung des bewegbaren den zweiten Spiegel tragenden Elementes bestehen bei einer vorteilhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung aus Abstandsstäben.

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Hierbei ist es im Hinblick auf die Anordnung der Abstandsstäbe und auf einen einfachen Aufbau der Gesamtanordnung von Vorteil, wenn die Abstandsstäbe an einem Ende fest an der Basis und am anderen Ende axial verschiebbar an der Aufnahmeeinrichtung gelagert sind. Auf diese Weise sind die Abstandsstäbe einfach an der Aufnahmeeinrichtung, jedoch von ihr mechanisch entkoppelt gelagert.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Abstandsstäbe aus einem

Material bestehen, das einen gegenüber der Aufnahmeeinrichtung • wesentlich geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine schlechtere Wärmeleitfähigkeit aufweist. Darüber hinaus ist es von weiterem Vorteil, wenn die Abstandsstäbe mit einem wärmeisolierenden überzug versehen sind, so daß der Wärmeübergang von der Aufnahmeeinrichtung auf die Funktionselemente über Wärmeleitung, -strahlung und -konvektion auf ein Minimum reduziert ist. Dadurch wird erreicht, daß die auftretenden Wärmedehnungen an allen Abstandsstäben mit größter Gleichmäßigkeit und in geringstem Maße erfolgen.

Eine einfache Justiermöglichkeit für den zweiten Spiegel läßt sich dadurch gewährleisten; daß das den zweiten Spiegel tragende bewegbare Element mittels Federklammern an dem axial verschiebbar gelagerten Ende der Abstandsstäbe gehalten ist. Hierbei ist

)25 zweckmäßigerweise das den zweiten Spiegel tragende bewegbare Element mit Justierschrauben versehen, In deren den Abstandsstäben zugewandtem Ende jeweils eine Kugel eingesetzt ist. Auf diese Weise läßt sich einerseits eine einfache mechanische Verbindung zwischen dem den zweiten Spiegel tragenden Element und den Abstandsstäben und damit mit der den ersten Spiegel tragenden Basis herstellen und andererseits eine sichere und einfach zu handhabende Justierung der Position des zweiten Spiegels in Bezug auf die Position des ersten Spiegels vornehmen*

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel einer optischen Anordnung nach der Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen näher beschrieben.

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Die Figuren 1 und 2 zeigen in einem Schnitt bzw. in einer Draufsicht ein rechteckiges, kastenförmiges Gehäuse 1, welches als Aufnahmeeinrichtung für das nicht näher dargestellte stimulierbare Medium eines Lasers und dessen Anregungslichtquelle sowie al3 Träger für alle im folgenden erwähnten Funktionselemente ausgebildet ist. Infolge seiner Form weist das Gehäuse 1 zwei miteinander über die Längswände 2, 3 und den Boden 4 verbundene zueinander parallele Seitenwände 5 und 6 auf. Dabei bildet die eine Seitenwand 5 eine mit der Aufnahmeeinrichtung fest verbundene Basis zur Aufnahme eines Resonanzreflektors 7, welcher in der

optischen Achse des Resonators in der Seitenwand 5 gehalten ist. ν Zugleich bildet diese Gehäusewand eine Referenzfläche 8 für den zweiten Resonanzreflektor 9, welcher in einem zu der Aufnahmeeinrichtung relativ bewegbaren Element in der optischen Achse des Resonators gehalten ist. Dieses den zweiten Reflektor tragende Element ist als z.B. im wesentlichen dreieckförmige Trägerplatte 10 ausgebildet, die mittelbar mit der den ersten Reflektor 7 tragenden Basis 5 verbunden ist. Als Verbindungsmittel sind drei Abstandsstäbe 11, 12 und 13 vorgesehen und so. angeordnet, daß - von der Seite der Aufnahmeeinrichtung her gesehen - eine gedachte Verbindung der Stäbe miteinander ein auf einer Ecke stehendes Dreieck ergeben würde. Die Trägerplatte 10 ist mit Justierschrauben 14 versehen, in deren den Abstandsstäben 11, 12 und 13 zugewandten Ende jeweils eine Kugel 15 eingesetzt ist. Die mechanische Verbindung der Trägerplatte mit den Abstandsstäben erfolgt über Federklammern 16, die in F±g. 2 um 90 gedreht eingezeichnet sind und einerseits gegen die freien Enden der Justierschrauben drücken und andererseits die Abstandsstäbe umgreifend drehbar an diesen gelagert sind und außerdem um asn Außenrand der Trägerplatte herumgeführt sind. Die Abstandsstäbe bestehen aus einem Material mit einem gegenüber der Aufnahmeeinrichtung wesentlich geringeren linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten, um bei Temperaturschwankungen die notwendige hohe Planparallelität der beiden Resonanzreflektoren zueinander nicht zu beeinträchtigen. Das verwendete Material für die Abstandsstäbe besitzt darüber hinaus gegenüber dem Material der Aufnahmeeinrichtung eine geringere Wärmeleitfähigkeit und ist

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zusätzlich mit einem wärmeisolierenden, durch dickausgezogene Linien kenntlich gemachten Überzug 17 versehen. Damit werden Temperaturveränderungen weitgehend von den Abstandsstäben ferngehalten. Als Material für die Abstandsstäbe eignet sich Invar f? besonders gut. Da die Abstandsstäbe einen wesentlich geringeren WärnBaedäaitDgskoeffizienten besitzen als das sie umschließende Gehäuse 1, können sie nur an der Referenzfläche δ fest mit der Gehäuseseitenwand 5 verbunden werden, z.B. mittels Schrauben. Hit dem anderen Ende dagegen sind die Abstandsetäbe 11, 12 und 13 axial verschiebbar in der gegenüberliegenden, mit einer Durchtrittsöffnung 18 versehenen Gehäuseseitenwand S gelagert. Als Lagerstelle wird in einfacher Weise ein Gummiring 19 verwendet.

Anhand der Figuren 3 und 4 wird das dort schematisch dargestellte

Funktionsprinzip zur Erhaltung der planparallelen Lage der Resonanzreflektoren bei Veränderungen der Gehäuseform, insbesondere infolge thermischer Einflüsse, erläutert. Dabei zeigt die Fig. die Ausgangsform des Gehäuses 1 und die Grundposition der Resonanzreflektoren 7 und 9» während in der Fig. 4 eine sich insbe- sondere bei thermischen Veränderungen beispielsweise ergebende Form des Gehäuses angedeutet ist. Hierbei können sich Verbiegungen der den ersten Resonanzreflektor 7 tragenden Gehäuse seitenwand 5, des diese Gehäuseseitenwand und die gegenüberliegende Gehäuse seitenwand 6 miteinander verbindenden Gehäusebodens 4 und ( 25 damit der anderen Gehäuse seitenwand 6 in der gezeigten Weise ergeben. Aufgrund der in den Figuren 1 und 2 dargestellten, oben näher beschriebeneu mechanischen Entkopplung des zweiten Resonanzreflektors 9 vom Gehäuse 1 über die fest an der Basis 5 und axial verschiebbar in der gebogenen Gehäuseseitenwand 6 geführ ten Abstandsstäbe 11, 12 und 13 ergibt sich bei der gezeigten Veränderung des Gehäuses eine parallelogrammartige Verbindung der die Resonanzreflektoren tragenden Elemente und der sie verbindenden Mittel, da das den isweiten Resonanzreflektor 9 tragende Element 10 infolLge dieser Verbindung der Veränderung der den ersten Resonanzreflektor ? tragenden Basis 5 folgen muß. Hierbei haben zwangsläufig in der einen Lagerstelle der Abstandsstäbe vorhandene Toleranzen in Radialrichtung sowie eine

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Verwindung oder Verbiegung des Gehäuses keinen Einfluß auf die Funktion des Laserresonators, da die beiden Resonanzreflektoren 7 und 9 ihre planparallele Lage nicht verändern. Die an der anderen Lagerstelle, nämlich an der Basis vorhandene feste Yerbindung zwischen der Gehäuseseitenwand 5 bzw. den Schrauben und den Abstandsstäben bildet keine Behinderung, da die infolge der Veränderung auftretenden Bewegungen von dem Material der Abstandsstäbe selbst gleichermaßen aufgefangen werden.

12 Patentansprüche
4 Figuren

Claims (12)

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1. Optische Anordnung, insbesondere für kohärente Strahlung (Laser), mit zwei einander gegenüberstehenden parallelen Spiegeln und einer Aufnahmeeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Spiegel (7) an einer mit der Aufnahmeeinrichtung (1) fest verbundenen Basis (5) und der zweite Spiegel (9) an einem zu der Aufnahmeeinrichtung (i) relativ bewegbaren Element (10) gehalten ist und daß dieses Element (10) mit der den ersten Spiegel (7) tragenden Basis (5) mittelbar verbunden ist*

2. Optische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Aufnahmeeinrichtring aus einem Gehäuse (1) mit mindestens zwei miteinander verbundenen parallelen Gehäusewänden (5, 6) besteht.

3. Optische Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Aufnahmeeinrichtung (1) als Träger für alle Funktionselemente ausgebildet ist.

4. Optische Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den ersten Spiegel (7) aufnehmende und als Bezugsfläche (8) für das bewegbare Element (10) dienende Basis von einer Gehäusewand (5) gebildet ist.

5. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung des bewegbaren Elementes (10) mit der Basis (5) Abstandsstäbe (11, 12, 13) vorgesehen sind.

6. Optische Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsstäbe (11, 12, 13) an einem Ende fest an der Basis (5) und am anderen Ende axial verschiebbar an der Aufnahmeeinrichtung (1) gelagert sind.

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7. Optische Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Lager an dem axial verschiebbaren Ende der Abstandsstäbe (11, 12, 13) jeweils ein Gummiring (19) vorgesehen ist, welcher in der der Basis (5) gegenüberliegenden Gehäusewand (6) angeordnet ist.

8. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7» da-, durch gekennzeichnet, daß die Abstandsstäbe (11, 12, 13) aus einem Material bestehen, das einen gegenüber der Aufnahmeeinrichtung (1) -wesentlich geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine schlechtere Wärmeleitfähigkeit aufweist.

9. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch geken nzeichnet, daß die Abstandsstäbe (11, 12, 13) mit einem wärmeisolierenden überzug (17) versehen sind»

10. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das den zweiten Spiegel (9) tragende bewegbare Element (10) als Platte ausgebildet ist.

11. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch geken nzeichnet, daß das den zweiten Spiegel (9) tragende bewegbare Element (10) mittels Federklammern (16) an dem axial verschiebbar gelagerten Ende der Abstandsstäbe (11, 12, 13) gehalten ist.

12. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, deß das den zweiten Spiegel (9) tragende bewegbare Element (10) mit Justierschrauben (14) versehen ist, in deren den Abstandsstäben (11, 12, 13) zugewandtem Ende jeweils eine Kugel (15) eingesetzt ist.